Một số kỹ năng giải bài tập phần nhiệt học môn vật lý 8

PHÒNG GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO BỈM SƠN TRƯỜNG TRUNG HỌC CƠ SỞ BA ĐÌNH - SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM MỘT SỐ KỸ NĂNG GIẢI BÀI TẬP PHẦN NHIỆT HỌC MÔN VẬT LÝ Tác giả: Trần Thanh Cao Chức vụ: Giáo viên Đơn vị công tác: Trường THCS Ngọc Trạo SKKN thuộc môn: Vật lý BỈM SƠN NĂM 2019 A PHẦN ĐẶT VẤN ĐỀ I LỜI MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục tiêu giáo dục “Nâng cao chất lượng giáo dục …, đổi nội dung phương pháp …, rèn luyện thành nếp tư sáng tạo người học” Để đạt mục tiêu người thầy giáo phải thường xun bồi dưỡng chuyên môn nghiệp vụ, nâng cao tay nghề phải tiếp cận với phương pháp dạy học đại, phải kết hợp tốt phương pháp dạy học để nâng cao hiệu giảng, tổ chức điều khiển để em tích cực chủ động học tập tiếp thu kiến thức Từ xây dựng lòng u thích mơn học, bồi dưỡng lực tự học học sinh Đối với phân mơn Vật lí phần lớn chương trình THCS xây dựng nguyên tắc : tiến hành thực nghiệm, sở kết thực nghiệm, tiến hành qui nạp khơng đầy đủ để đến kết luận tri thức cần nhận thức Qua giảng dạy nhận thấy em làm quen mơn Vật lí từ lớp 6, lớp giai đoạn cung cấp cho học sinh kiến thức Vật lí dạng định tính, khái niệm chưa đầy đủ Vật lí em bắt đầu làm quen với toán định lượng nên nhiều học sinh chưa định hướng yêu cầu tốn, chưa có phương pháp giải số em biết cách làm trình bày chưa chặt chẽ, chưa khoa học Vật lí chia làm hai phần : phần học phần nhiệt học Nhiệt học bốn phần kiến thức Vật Lí trang bị cho học sinh THCS Lượng kiến thức phần không nhiều so với phần khác, tập phần khơng q khó song em tiếp xúc với tập định lượng nên việc định hướng giải tập Nhiệt khó khăn với em em chưa có phương pháp giải Chính tơi chọn đề tài: “Một số kỹ giải tập phần nhiệt học mơn vật lý ” Tính cần thiết đề tài Qua trực tiếp giảng dạy Vật lí tơi thấy nhiều em khơng thích học mơn Vật lí em cho tập Vật lí nói chung tập phần Nhiệt học nói riêng khó, em khơng có định hướng giải tập, em chưa có thói quen vận dụng kiến thức học vào giải tập Vật lí cách có hiệu từ em khơng có hứng thú với mơn học Kết học tập mơn Vật lí nhiều em khơng cao Chính mà tơi suy nghĩ tìm tòi mạnh dạn đưa sáng kiến “Phương pháp giải tập phần Nhiệt học” với mong muốn giúp em định hướng tập, biết phương pháp làm tập, biết cách trình bày tốn khoa học từ tạo nên hứng thú học tập, phát huy tính tích cực chủ động em học tập, em khơng ngại học mơn Vật lí đồng thời nâng cao chất lượng môn Mục đích nghiên cứu Mục đích đề tài hướng dẫn học sinh nắm vững dạng tập phương pháp giải dạng tập phần Nhiệt học Học sinh biết vận dụng kiến thức học vào giải tập từ trình bày tốn Vật lí chặt chẽ khoa học II THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Sơ lược trường Trường THCS Ba đình nằm trung tâm thị xã Bỉm sơn có qui mơ lớn với kinh tế xã hội phát triển mạnh Có truyền thống hiếu học, phong trào giáo dục phát triển mạnh… Trường THCS Ba đình có cảnh quan đẹp, mơi trường Xanh - Sạch - Đẹp, có mơi trường sư phạm thuận lợi: đội ngũ đồn kết trí, ý thức trách nhiệm cao, tay nghề đồng đều, vững vàng Nhà trường xác định hướng trọng tâm : phát huy yếu tố nội lực động lực thúc đẩy, phát triển, xây dựng nề nếp giáo dục toàn diện Từ nhiều năm đội ngũ CBGV nhà trường phấn đấu, nỗ lực nâng cao trình độ mặt nhằm phù hợp với yêu cầu giáo dục giai đoạn Đến đội ngũ giáo viên trường đủ điều kiện tiếp cận đổi ngành Một phận giáo viên trường chọn phận cốt cán Phòng, Sở giáo dục Nhà trường nhiều năm liên tục đơn vị dẫn đầu phong trào giáo dục địa phương Một số tồn nguyên nhân Qua giảng dạy mơn Vật lí phần Nhiệt học tơi nhận thấy việc định hướng giải tập định lượng em yếu mặt sau : - Kĩ tìm hiểu đề em hạn chế, em chưa xác định đề cho yếu tố gì, cần phải tìm yếu tố - Các em chưa xác định trình trao đổi nhiệt - Các em chưa xác định đối tượng trao đổi nhiệt - Các em chưa xác định bước giải tập - Kĩ vận dụng kiến thức tốn vào tính tốn hạn chế Vậy nguyên nhân làm cho em định hướng giải tập ? Theo tơi có nhiều ngun nhân có ngun nhân chủ quan nguyên nhân khách quan Tôi xin đưa số nguyên nhân sau : - Phương pháp truyền đạt kiến thức thầy đến HS chưa đạt hiệu cao - Bản thân học sinh chủ quan, chưa tập trung nghe giảng nên tiếp thu kiến thức chưa đầy đủ, em chưa tích cực chủ động học tập việc định hướng giải tập chưa tốt - Chương trình SGK Vật lí tồn tiết dạy lí thuyết, khơng có tiết tập nên giáo viên chưa rèn kĩ cho học sinh Trong lớp lớp em làm quen với tập định lượng phần Nhiệt học Vì em mà nói tập Vật lí Nhiệt học khơng khó song khơng rèn luyện thường xuyên dẫn đến việc định hướng giải tập Nhiệt học em khó Một số vấn đề đặt Để thực đề tài thực sau : - Xây dựng kế hoạch thực đề tài từ đầu năm học - Áp dụng việc giảng dạy tất lớp, với đối tượng học sinh : giỏi khá, trung bình - Khảo sát rút kinh nghiệm B NỘI DUNG ĐỀ TÀI Các bước tiến hành Để giảng dạy tốt tập phần Nhiệt học giáo viên cần phải chuẩn bị tốt số công việc sau : - Giáo viên sọan kĩ - Khắc sâu kiến thức - Giáo viên đọc thêm sách tham khảo để sưu tầm nhiều dạng tập chọn phương pháp giải dễ hiểu - Với tập phải giúp học sinh định hướng phương pháp giải, đưa dạng toán để gặp khác học sinh vận dụng giải được, tránh giải dập khn máy móc - Với tập có nhiều đại lượng cần ý rèn kĩ tóm tắt đề đổi đơn vị - Ở tiết học phải dành thời gian hướng dẫn học sinh làm tập nhà Luôn đổi phương pháp dạy học giúp học sinh phát huy khả tư thân Giáo viên cần hệ thống kiến thức cần thiết để giải tập phần Nhiệt học - Cơng thức tính nhiệt lượng tỏa ra, thu vào Q = m.c ∆ t ( ∆ t = t1-t2) Q: nhiệt lượng thu vào (toả ra) chất (J) m: khối lượng chất thu vào(toả ra) (kg) c: nhiệt dung riêng chất thu vào (toả ra) (J/kg.K) ∆ t: độ tăng (giảm) nhiệt độ chất (°C) - Phương trình cân nhiệt Q toả = Q thu vào - Nhiệt lượng toả nhiên liệu Q = m.q Q: nhiệt lượng toả nhiên liệu bị đốt cháy(J) m: khối lượng nhiên liệu bị đốt cháy hoàn toàn (kg) q: suất toả nhiệt nhiên liệu (J/kg) - Cơng thức tính hiệu suất Qi H= Q Qi : nhiệt lượng có ích (J) Qtp : nhiệt lượng toàn phần (J) - Hiệu suất động nhiệt A H= Q A: công mà động thực (J) Q: nhiệt lương nhiên liệu bị đốt cháy toả (J) Bài dạy minh hoạ Dạng 1: Bài tập có q trình thu nhiệt chất Bài tập1 : Một ấm đun nước nhơm có khối lượng 0,5kg chứa lít nước 25°C Muốn đun sôi ấm nước cần nhiệt lượng bao nhiêu? Phân tích bài: ? Bài tốn có đối tượng tham gia thu nhiệt ? Nhiệt lượng để đun sơi ấm nước tính Giáo viên chốt lại : Bài toán có hai đối tượng tham gia thu nhiệt 0,5kg nhơm 25°C lít nước 25°C Vậy nhiệt lượng để đun sôi ấm nước nhiệt lượng cung cấp cho nước để tăng từ 25°C đến 100°C nhiệt lượng cung cấp cho ấm nhôm để tăng từ 25°C đến 100°C Từ phân tích ta có lời giải sau : Tóm tắt m1 = 0,5kg m2 = 2kg c1 = 880J/kg.K c2 = 4200J/kg.K Q=? Bài giải Nhiệt lượng cần để đun 0,5 kg nhôm từ 25°C đến 100°C : Q1 = m1.c1 ∆ t = 0,5.880 (100 – 25) = 33000(J) Nhiệt lượng cần để đun kg nước từ 25°C đến 100°C : Q2 = m2.c2 ∆ t = 2.4200.(100 – 25) = 604800 (J) Nhiệt lượng cần để đun sôi ấm nước Q = Q1+ Q2 = 33000 + 604800 = 637800 (J) Cách giải : Bước 1: Phân tích tìm đối tượng thu nhiệt Bước 2: Dùng công thức Q = m.c ∆ t để tính nhiệt lượng theo yêu cầu Chú ý phải đổi đơn vị (nếu cần) Dạng 2: Bài tập có q trình thu nhiệt q trình toả nhiệt Bài tập2 : Người ta thả miếng đồng khối lượng 0,5kg vào 500g nước Miếng đồng nguội từ 80°C xuống 20°C Hỏi nước nhận nhiệt lượng nóng lên thêm độ ? Phân tích ? Bài tốn có đối tượng tham gia vào trình trao đổi nhiệt ? Đối tượng thu nhiệt, đối tượng toả nhiệt ? Yêu cầu toán ? Nhiệt lượng toả tính nào? ? Nhiệt lượng thu vào tính ? Dựa vào đâu để tính nước nóng lên thêm độ Giáo viên chốt lại: Bài tốn có hai đối tượng tham gia vào trình trao đổi nhiệt Đồng vật toả nhiệt nước vật thu nhiệt Nhiệt lượng đồng toả nhiệt lượng nước thu vào Từ phân tích ta có lời giải sau: Tóm tắt m1= 0,5kg m2 = 500g = 0,5kg t1 = 80°C t = 20°C c1 = 880J/kg.K c2 = 4200J/kg.K Q2 = ? ∆ t2 = ? Bài giải Nhiệt lượng đồng toả hạ nhiệt độ từ 80°C xuống 20°C : Q1 = m1.c1 ∆ t1= 0,5.880.(80 – 20) = 26400 (J) Nhiệt lượng nước thu vào nhiệt lượng đồng toả ta có : Q2 = m2.c2 ∆ t2 = Q1= 26400(J) Nước nóng lên thêm ∆ t2 = Q2 26400 = 13°C = m2 c 0,5.4200 Chú ý : Bài tập yêu cầu tính khối lượng , nhiệt dung riêng, nhiệt độ cân trình trao đổi nhiệt ta giải tương tự Cách giải : Bước 1: Phân tích đề tìm đối tượng toả nhiệt, đối tượng thu nhiệt Bước 2: Dùng cơng thức tính nhiệt lượng để tính nhiệt lượng toả ra, nhiệt lượng thu vào Bước 3: Dùng phương trình cân nhiệt Qtoả = Qthu vào để tính đại lượng chưa biết theo yêu cầu đề Bài tập 3: Đổ 738 g nước nhiệt độ 15°C vào nhiệt lượng kế đồng có khối lượng 100g, thả vào miếng đồng có khối lượng 200g nhiệt độ 100°C Nhiệt độ bắt đầu cân nhiệt 17°C Tính nhiệt dung riêng đồng, lấy nhiệt dung riêng nước 4186J/kg.K Phân tích tốn : Bài tốn có đối tượng tham gia vào trình trao đổi nhiệt Nước nhiệt lượng kế vật thu nhiệt miếng đồng vật tỏa nhiệt Nhiệt lượng nước nhiệt lượng kế thu vào nhiệt lượng miếng đồng toả Tóm tắt m1=738g = 0,738kg m2 = 100g = 0,1kg m3 = 200g = 0,2kg t1 = t2 = 15°C t3 = 100° t = 17°C c1 = 4186 J/kg.K c2 = ? Bài giải Nhiệt lượng nước nhiệt lượng kế thu vào : Q1= m1.c1 ∆ t1 =0,738.4186 (17 – 15) =6179(J) Q2 = m2.c2 ∆ t2 = 0,1.c2 (17 – 15) = 0,2 c2 Nhiệt lượng miếng đồng toả : Q3 = m3.c2 ∆ t3 = 0,2.c2 (100 -17) = 16,6 c2 Vì nhiệt lượng đồng toả nhiệt lượng nước nhiệt lượng kế thu vào nên : Q1 + Q2 = Q3 Thay số vào phương trình tính giá trị c2 c2 = 377J/kg.K Dạng Biện luận chất có tan hết hay khơng có nước đá Đối với dạng tốn học sinh hay nhầm lẫn nên giáo viên phải hướng dẫn tỷ mỷ để học sinh thành thạo giải tập sau số tập Bài Bỏ 100g nước đá t1 = o C vào 300g nước t = 20 o C Nước đá có tan hết khơng? Nếu khơng tính khối lượng đá lại Cho nhiệt độ nóng chảy nước đá λ = 3,4.105 j / kgk nhiệt dung riêng nước c = 4200j/kg.k Nhận xét Đối với toán thông thường giải học sinh giải cách đơn giản tính việc so sánh nhiệt lượng nước đá nước Giải Gọi nhiệt lượng nước Qt từ 200C 00C nước đá tan hết Q thu ta có Qt = m2 c2 ( 20 − 0) = 0,3.4200.20 =25200j Qthu = m1 λ = 0,1 3,4.10 = 34000j Ta thấy Q thu > Qtoả nên nước đá không tan hết Lượng nước đá chưa tan hết m= 8800 Qthu − Qtoa = 3,4.105 = 0,026 kg λ Bài Trong bình có chứa m1 = 2kg nước t1 = 250 c Người ta thả vào bình m2 kg nước đá t = − 20 c Hảy tính nhiệt độ chung hỗn hợp có cân nhiệt trường hợp sau đây: a) m2 = 1kg b) m2 = 0,2kg c) m2 = 6kg cho nhiệt dung riêng nước, nước đá nhiệt nóng chảy nước đá c1 = 4,2kj / kgk ; c2 = 2,1kj / kgk , λ = 340kj / kg Nhận xét Đối với toán giải học sinh dể nhầm lẫn trường hợp nước đá Do giải giáo viên nên cụ thể hoá trường hợp phân tích học sinh thấy rõ tránh nhầm lẫn toán khác Giải Nếu nước hạ nhiệt độ tới 00c toả nhiệt lượng Q1 = c1m1 (t1 − 0) = 4,2.2.(25 − 0) = 210kj a) m2 = 1kg nhiệt lượng cần cung cấp để nước đá tăng nhiệt độ tới ooc Q2 = c2 m2 (o − t ) = 2,1.(o − (−20)) = 42kj Q1 〉Q2 nước đá bị nóng chảy Nhiệt lượng để nước đá nóng chảy hoàn toàn: Q' = λ.m2 = 340.1 = 340kj Q1 〈Q2 + Q'2 nước đá chưa nóng chảy hoàn toàn Vậy nhiệt độ cân 00C Khối lượng nước đá đông đặc m y c1 m1 (t − 0) + λ.m y = c2 m2 (0 − t ) ⇒ m y = 0,12kg Khối lượng nước đá nóng chảy m x xác định bởi: c1.m1 (t − 0) = c2 m2 (0 − t ) + λ.mx ⇒ mx ≈ 0,5kg Khối lượng nước có bình: mn = m1 + m x ≈ 2,5kg Khối lượng nước đá lại md = m2 − m x = 0,5kg b) m2 = 0,2kg : tính tương tự phần a Q2 = c2 m2 (0 − t ) = 8400 j; Q' = λ.m2 = 68000 j Q1 〉Q2 + Q'2 nước đá nóng chảy hết nhiệt độ cân cao Ooc Nhiệt độ cân xác định từ c2 m2 (0 − t ) + λ.m2 + c1m2 (t − 0) = c1m1 (t1 − t ) Từ t ≈ 14,50 c Khối lượng nước bình: mn = m1 + m2 = 2,2kg Khối lượng nước đá md = O c) m2 = 6kg Q2 = c2 m2 (0 − t ) = 252kj Q1 〈Q2 : nước hạ nhiệt độ tới Oocvà bắt đầu đông đặc - Nếu nước đơng đặc hồn tồn nhiệt lượng toả là: Q'1 = λm1 = 680kj Q2 〈Q1 + Q'1 : nước chưa đơng đặc hồn tồn, nhiệt độ cân ooc - Khối lượng nước đá có bình đó: md = m2 + m y = 6,12kg Khối lượng nước lại: mn = m1 − m y = 1,88kg Bài tập tương tự Bài Thả 1, 6kg nước đá -100c vào nhiệt lượng kế đựng 1,6kg nước 800C; bình nhiệt lượng kế đồng có khối lượng 200g có nhiệt dung riêng c = 380j/kgk a) Nước đá có tan hết hay khơng b) Tính nhiệt độ cuối nhiệt lượng kế Cho biết nhiệt dung riêng nước đá cd = 2100j/kgk nhiệt nóng chảy nước đá λ = 336.103 j / kgk Bài Trong nhiệt lượng kế có chứa 1kg nước 1kg nước đá nhiệt độ O0c, người ta rót thêm vào 2kg nước 500C Tính nhiệt độ cân cuối Đáp số : Bài a) nước dá không tan hết b) 00C Bài t = 4,80C Dạng 4: tính nhiệt lượng khối lượng chất khơng có (hoặc có) mát nhiệt lượng môi trường Bài Người ta đổ m1 = 200 g nước sơi có nhiệt độ 1000c vào cốc có khối lượng m2 = 120g nhiệt độ t = 200C sau khoảng thời gian t = 5’, nhiệt độ cốc nước 400C Xem mát nhiệt xảy cách đặn, hảy xác định nhiệt lượng toả môi trường xung quanh giây Nhiệt dung riêng thuỷ tinh c2 = 840j/kgk Giải : Do bảo tồn lượng, nên xem nhiệt lượng Q cốc nước toả môi trường xung quanh khoảng thời gian phút hiệu hai nhiệt lượng - Nhiệt lượng nước toả hạ nhiệt từ 1000C xuống 400C Q1 = m1c1 (t1 − t ) = 0,2.2400 (100-40) = 28800 J - Nhiệt lượng thuỷ tinh thu vào nóng đến 400C Q2 = m2 c2 (t − t ) = 0,12.840.(40-20) = 2016 J Do nhiệt lượng toả ra: Q = Q1 − Q2 = 26784 j Cơng suất toả nhiệt trung bình cốc nước N= Q 26784 j = = 89,28j/s T 300 s Bài Một thau nhôm khối lượng 0, 5kg đựng 2kg nước 200c a Thả vào thau nước thỏi đồng có khối lượng 200g lấy lò Nước nóng đến 21,20C Tìm nhiệt độ bếp lò Biết nhiệt dung riêng nhơm, nước, đồng c1 = 880 j / kgk ; c2 = 4200 j / kgk ; c3 = 380 j / kgk Bỏ qua toả nhiệt môi trường b Thực trường hợp này, nhiệt toả môi trường 10% nhiệt lượng cung cấp cho thau nước Tính nhiệt độ thực bếp lò c Nếu tiếp tục bỏ vào thau nước thỏi nước đá có khối lượng 100g 00C Nước đá có tan hết khơng? Tìm nhiệt độ cuối hệ thống lượng nước đá sót lại khơng tan hết? Biết nhiệt nóng chảy nước đá λ = 3,4.105 j / kg Nhận xét: toán giải hai câu a, b khơng phải khó so với tốn khác có toả nhiệt lượng môi trường nên giải giáo viên cân làm rõ cho học sinh thấy toả nhiệt môi trường nên 10% nhiệt toả mơi trường nhiệt lượng mà nhơm nước nhận thêm giải học sinh không nhầm lẫn Giải a) Gọi t0C nhiệt độ củ bếp lò, nhiệt độ ban đầu thỏi đồng Nhiệt lượng thau nhôm nhận để tăng từ t1 = 200C đến t = 21,20C Q1 = m1c1 (t − t1 ) ( m1 khối lượng thau nhôm) Nhiệt lượng nước nhận để tăng từ t1 = 200C đến t = 21,20C Q2 = m2 c2 (t − t1 ) m2 khối lượng nước Nhiệt lượng đồng toả để hạ từ t0C đến t = 21,20C Q3 = m3 c3 (t − t ) ( m3 khối lượng thỏi đồng) Do khơng có toả nhiệt mơi trường nên theo phương trình cân nhiệt ta có: Q3 = Q1 + Q2 ⇒ m3c3 (t '−t ) = (m1c1 + m2 c2 )(t − t1 ) 10 ⇒t = ((m1c1 + m2 c2 )(t − t1 ) + m3 c3t m3c3 Thay số vào ta t = 160,780C b) Thực tế có toả nhiệt mơi trường nên phương trình cân nhiệt viết lại Q3 − 10%(Q1 + Q2 ) = (Q1 + Q2 ) ⇒ Q3 = 110 %(Q1 + Q2 ) = 1,1(Q1 + Q2 ) Hay m3c3 (t '−t ) = 1,1(m1c1 + m2 c2 )(t − t1 ) ⇒ t' = ((m1c1 + m2 c2 )(t − t1 ) + m3 c3t + t2 m3c3 t’ = 174,740C c) Nhiệt lượng thỏi nước đá thu vào để nóng chảy hoàn toàn 00C Q = λm = 3,4.105.0,1 = 34000 j Nhiệt lượng hệ thống gồm thau nhôm, nước, thỏi đồng toả để giảm từ 21,20C xuống 00C là: Q' = (m1c1 + m2 c2 + m3c3 )(21,2 − 0) = 189019 j Do nhiệt lượng nước đá cần để tan hoàn toàn bé nhiệt lượng hệ thống toả nên nước đá t” tính ∆Q = Q'−Q = (m1c1 + (m2 + m)c2 + m3c3 )t" (Nhiệt lượng thừa lại dùng cho hệ thống tăng nhiệt độ từ 00C đến t” C) t" = Q'−Q 189109 − 34000 = (m1c1 + (m2 + m)c2 + m3 c3 ) 0,5.880 + (2 + 0,1) 4200 + 0,2.380 t" = 16,60c Bài 10: Một ấm điện nhơm có khối lượng 0, 5kg chứa 2kg nước 25oC Muốn đun sôi lượng nước 20 phút ấm phải có công suất bao nhiêu? Biết nhiệt dung riêng nước C = 4200J/kg.K Nhiệt dung riêng nhôm C1 = 880J/kg.K 30% nhiệt lượng toả môi trường xung quanh Giải: + Nhiệt lượng cần để tăng nhiệt độ ấm nhôm từ 25oC tới 100oC là: 11 Q1 = m1c1 ( t2 t1 ) = 0,5.880.( 100 25 ) = 33000 ( J ) + Nhiệt lượng cần để tăng nhiệt độ nước từ 25oC tới 100oC là: Q2 = mc ( t2 t1 ) = 2.4200.( 100 25) = 630000 ( J ) + Nhiệt lượng tổng cộng cần thiết: Q = Q1 + Q2 = 663000 ( J ) ( ) + Mặt khác nhiệt lượng có ích để đun nước ấm điện cung cấp thời gian 20 phút Q = H.P.t (2) (Trong H T = 100% - 30% = 70% ; P công suất ấm ; t = 20 phút = 1200 giây) +Từ ( ) ( ) : P = Q 663000.100 = = 789,3(W) H.t 70.1200 Bài tập tương tự Bài 11 Một bình nhiệt lượng kế nhơm có khối lượng m1 = 500 g chứa m2 = 400 g nước nhiệt độ t1 = 20 c a) Đổ thêm vào bình lượng nước m nhiệt độ t = 50C Khi cân nhiệt nhiệt độ nước bình t = 100C Tìm m b) Sau người ta thả vào bình khối nước đá có khối lượng m3 nhiệt độ t = −50 c Khi cân nhiệt thấy bình lại 100g nước đá Tìm m3 cho biết nhiệt dung riêng nhôm c1 =880 (j/kgk), nước c2 = 4200 ( j/kgk) nước đá c3 = 2100(j/kgk), nhiệt nóng chảy nước đá λ = 34000 j/kg Bỏ qua trao đổi nhiệt với môi trường (Trích đề thi TS THPT chuyên lý ĐHQG Hà Nội - 2002 ) Bài 12 Đun nước thùng dây nung nhúng nước có cơng suất 1, 2kw Sau phút nước nóng lên từ 800C đến 900C.Sau người ta rút dây nung khỏi nước thấy sau phút nước thùng nguội 1,50C Coi nhiệt toả môi trường cách đặn Hãy tính khối lượng nước đựng thùng.Bỏ qua hấp thụ nhiệt thùng Đáp số m = 3,54kg 12 Dạng 5: Tính đại lượng m,t, c rót số lần hỗn hợp chất từ bình sang bình khác Sự trao đổi nhiệt qua có phần nhiệt lượng hao phí dẫn nhiệt Nhiệt lượng tỷ lệ với diện tích tiếp xúc với môi trường, tỷ lệ với độ chênh lệch nhiệt độ dẫn với nhiệt độ môi trường phụ thuộc vào chất liệu làm dẫn Khi hai dẫn khác mắc nối tiếp lượng có ích truyền hai Khi hai dẫn khác mắc song song tổng nhiệt lượng có ích truyền hai nhiệt lượng có ích hệ thống Khi truyền nhiệt qua vách ngăn Nhiệt lượng trao đổi chất qua vách ngăn tỷ lệ với diện tích chất tiếp xúc với vách ngăn tỷ lệ với độ chênh lệch nhiệt độ hai bên vách ngăn Bài 13 có hai bình cách nhiệt Bình chứa m1 = 4kg nước nhiệt độ t1 = 20 c ;bình hai chứa m2 = 8kg nhiệt độ t = 40 c Người ta trút lượng nước m từ bình sang bình Sau nhiệt độ bình ổn định, người ta lại trút lượng nước m từ bính sang bình Nhiệt độ bình cân nhiệt t '2 = 380C Hãy tính lượng nước m trút lần nhiệt độ ổn định t '1 bình Nhận xét: Đối với dạng toán giải học sinh gặp nhiều khó khăn khối lượng nước trút m chắn học sinh nhầm lẫn tính khối lượng giáo viên nên phân tích đề thật kỹ để từ hướng dẫn học sinh giải cách xác Giải: Khi nhiệt độ bình ổn định sau lần rót thứ tức cân nhiệt nên ta có phương trình cân nhiệt lần thứ mc(t − t '1 ) = m1c(t '1 −t1 ) (1) Tương tự nhiệt độ bình ổn định trút lượng nước m từ bình sang bình nhiệt độ bình ổn định ta có phương trình cân nhiệt mc(t ' −t '1 ) = c(m2 − m)(t − t '2 ) (2) lần thứ hai Từ (1) (2) ta có hệ phương trình mc(t − t '1 ) = m1c(t '1 −t1 ) mc(t ' −t '1 ) = c(m2 − m)(t − t '2 ) Với m1 = 4kg t1 = 20 c , m2 = 8kg , t = 40 c , t '2 = 380c thay vào giải ta m = 0,5kg , t '1 = 400c Tương tự tập ta có tập sau Bài 14 Có hai bình cách nhiệt đựng chất lỏng Một học sinh múc ca chất lỏng từ bình trút sang bình ghi nhiệt độ lại cân nhiệt bình sau lần trút: 100c, 17,50C, bỏ sót lần khơng ghi, 250C Hãy tính nhiệt độ có cân nhiệt lần bị bỏ sót không ghi nhiệt 13 độ chất lỏng bình coi nhiệt độ khối lượng ca chất lỏng lấy từ bình Bỏ qua trao đổi nhiệt với môi trường Nhận xét: Đối với toán giải cần ý đến hai vấn đề - Thứ tính nhiệt độ cân lần quên ghi nhiệt độ phải bé 250C - Thứ hai sau mổi lần trút nhiệt độ bình hai tăng chứng tỏ nhiệt độ bình phải lớn bình Giải Gọi q2 nhiệt dung tổng cộng chất lỏng chứa bình sau lần trút thứ (ở 100C), q nhiệt dung ca chất lỏng trút vào (có nhiệt độ C t1 ) t nhiệt độ bỏ sót khơng ghi Phương trình cân nhiệt ứng với lần q (17,5 − 10) = q (t1 − 17,5) trút cuối: ( q2 + q)(t − 17,5) = q(t1 − t ) (q + 2q )(25 − t ) = q (t1 − 25) Giải hệ phương trình ta có t = 220C t1 =400C Bài 15: Trong bình cách nhiệt chứa hỗn hợp nước nước đá 00C Qua thành bên bình người ta đưa vào đồng có lớp cách nhiệt bao quanh Một đầu tiếp xúc với nước đá, đầu nhúng nước sôi áp suất khí Sau thời gian Td = 15 phút nước đá bình tan hết Nếu thay đồng thép có tiết diện khác chiều dài với đồng nước đá tan hết sau Tt = 48 phút Cho hai nối tiếp với nhiệt độ t điểm tiếp xúc hai bao nhiêu? Xét hai trường hợp: 1/ Đầu đồng tiếp xúc với nước sôi 2/ Đầu thép tiếp xúc với nước sơi Khi hai nối tiếp với sau nước đá bình tan hết? (giải cho trường hợp trên) Giải: Với chiều dài tiết diện xác định nhiệt lượng truyền qua dẫn nhiệt đơn vị thời gian phụ thuộc vào vật liệu làm hiệu nhiệt độ hai đầu Lượng nhiệt truyền từ nước sôi sang nước đá để nước đá tan hết qua đồng qua thép Gọi hệ số tỷ lệ truyền nhiệt đồng thép tương ứng Kd Kt Ta có phương trình: Q = Kd(t2 - t1)Td = Kt(t2-tt)Tt Với tV = 100 t1 = Nên: = = 3,2 Khi mắc nối tiếp hai nhiệt lượng truyền qua s Gọi nhiệt độ điểm tiếp xúc hai t Trường hợp 1: Kd(t2-t) = Kt(t - t1) Giải phương trình ta tìm t = 760C Trường hợp 2: Tương tự trường hợp ta tìm t = 23,80C 14 Gọi thời gian để nước đá tan hết mắc nối tiếp hai T Với trường hợp 1: Q = Kd(t2-t1)Td = Kd(t2-t)T = 63 phút Tương tự với trường hợp ta có kết Dạng Bài tập tổng hợp có liên quan đến hiệu suất, nhiệt hoá Bài tập 16: Người ta dùng bếp dầu hoả để đun sơi lít nước từ 20°C đựng ấm nhơm có khối lượng 0,5kg Tính lượng dầu hoả cần thiết, biết có 30% nhiệt lượng dầu hoả toả làm nóng nước ấm Lấy nhiệt dung riêng nước 4200J/kg.K, nhôm 880J/kg.K, suất toả nhiệt dầu hoả 46.106J/kg Phân tích tốn ? Bài tốn có đối tượng tham gia vào trình truyền nhiệt ? Những đối tượng thu nhiệt, toả nhiệt ? Nhiệt lượng nhiệt lượng có ích ? Nhiệt lượng nhiệt lượng tồn phần ? Hiệu suất bếp ? Để tính khối lượng dầu hoả phải tính được đại lượng Giáo viên chốt lại: Bài tập có : - Hai đối tượng thu nhiệt nước ấm nhơm - Một đối tượng toả nhiệt bếp dầu hoả - Nhiệt lượngcó ích nhiệt lượng làm nóng nước ấm - Nhiệt lượng toàn phần dầu hoả bị đốt cháy toả - Hiệu suất bếp 30% có nghĩa 30% nhiệt lượng bếp toả biến thành nhiệt lượng có ích - Để tính khối lượng dầu hoả phải tính nhiệt lượng tồn phần bếp toả Tóm tắt m1 = 2kg m2 = 0,5kg t1 = 20°C t2 = 20°C c1 = 4200J/kg.K c2 = 880J/kg.K q = 46.106 J/kg m=? Bài giải Nhiệt lượng cần thiết để đun nóng nước từ 20°C đến 100°C : Q1 = m1.c1 ∆ t = 2.4200.(100 -20) = 672000(J) Nhiệt lượng cần thiết để đun nóng ấm từ 20°C đến 100°C : Q2 = m2.c2 ∆ t = 0,5.880.(100 – 20) = 35200(J) Nhiệt lượng cần thiết để đun sôi ấm nước : Q = Q1+ Q2 = 672000 + 35200 = 707 200 (J) Nhiệt lượng dầu hoả toả : Qtp = 100 100 100 Q = (Q1 + Q2 ) = 707200 =2357333(J) 30 30 30 Lượng than cần thiết để đun sôi ấm nước : Qtp = m.q ⇒ m = Qtp q = 2357333 = 0,051(kg) 46000000 15 Chú ý : tập u cầu tính hiệu suất tính nhiệt độ bếp ta làm tương tự Cách giải : Bước 1: Phân tích đề xác định xem nhiệt lượng có ích dùng để làm gì, xác định xem nhiệt lượng toàn phần lấy từ đâu Qi Bước 2: Dùng mối liên hệ H = Qtp suy luận tìm đại lượng liên quan Bài tập17 Một ôtô chạy quãng đường 100 km với lực kéo trung bình 700N, tiêu thụ hết lít xăng (khoảng kg) Tính hiệu suất động ơtơ Phân tích bài: ? Nêu cơng thức tính hiệu suất động ? Tính cơng mà động thực ? Nhiệt lượng mà xăng bị đốt cháy toả tính Tóm tắt s = 100km = 100000m F= 700N m = 4kg q= 46.106J/kg H=? Bài giải Công mà động thực : A = F.s = 700.100000 = 70 000 000 (J) Nhiệt lượng xăng bị đốt cháy toả : Q = m.q = 46.106 = 184 000 000 (J) Hiệu suất động : A 70000000 H = Q = 184000000 = 38% Chú ý : Bài tốn yêu cầu tính quãng đường, lực kéo tính khối lượng ta làm tương tự Cách giải : Bước 1: Tính cơng mà động thực nhiệt lượng nhiên liệu bị đốt cháy toả A Bước 2: Dựa vào công thức H = Q suy luận để tìm đại lượng liên quan Bài 18 a) Tính lượng dầu cần để đun sơi 2l nước 200C đựng ống nhơm có khối lượng 200g Biết nhiệt dung riêng nước nhôm c1 = 4200 j / kgk ; c2 = 880 j / kgk , suất toả nhiệt dầu q = 44 106j/kgk hiệu suất bếp 30% b cần đun thêm nước nố hồn tồn Biết bếp dầu cung cấp nhiệt cách đặn kể từ lúc đun sôi thời gian 25 phút Biết nhiệt hoá nước L = 2,3.106 j/kg Giải Nhiệt lượng cần cung cấp cho nước để tăng nhiệt độ từ 200C đến Q1 = m1c1 (t − t1 ) = 672kj 1000C là: 16 Nhiệt lượng cần cung cấp cho ấm nhôm để tăng nhiệt độ từ 200C đến 1000C Q2 = m2 c2 (t − t1 ) = 14,08kj Nhiệt lượng cần để đun sôi nước là: Q = Q1 + Q2 = 686,08kj Do hiệu suất bếp H = 30% nên thực tế nhiệt cung cấp bếp dầu toả Q' = Q 686080 100% = 100% = 2286933,3 H 30% Và khối lượng dầu cần dùng là: m = ⇒ Q’ = 2286,933kj Q' 2286,933.10 = = 51,97.10 −3 kg ⇒ m = 51.97g q 44.10 b) Nhiệt lượng cần cung cấp để nước hố hồn tồn 1000C là: Q3 = L.m1 = 2,3.10 6.2 = 4,6.10 j = 4600kj Lúc nhiệt lượng dầu cung cấp dùng để hố ấm nhơm khơng nhận nhiệt nữa, ta thấy: Trong 15 phút bếp dầu cung cấp nhiệt lượng cho hệ thống Q = 686,08kj (sau bỏ qua mát nhiệt s) Vậy để cung cấp nhiệt lượng Q3 = 4600kj cần tốn thời gian t= Q3 4600 15 ph = 15 ph = 100,57 ph Q 686,08 Bài 19 Một khối nước đá có khối lượng m1 = 2kg nhiệt độ - 50C a) Tính nhiệt lượng cần cung cấp để khối nước đá hoá hoàn toàn 1000C Cho nhiệt dung riêng nước nước đá C1 = 1800 j / kgk ; C = 4200 j / kgk ; Nhiệt nóng chảy nước đá 00c λ = 3,4.105j/kg nhiệt hoá nước 1000C L = 2,3 106j/kg b) Bỏ khối nước đá vào xơ nhơm chứa nước 500C Sau có cân nhịêt người ta thấy sót lại 100g nước đá chưa tan hết Tính lượng nước có xơ Biết xơ nhơm có khối lượng m2 = 500 g nhiệt dung riêng nhôm 880j/kgk Bài 20 a) Tính nhiệt lượng Q cần thiết 2kg nước đá – 100C biến thành hơi, cho biết; Nhiệt dung riêng nước đá 1800j/kgk, nước 4200j/kgk, nhiệt nóng chảy nước đá 34.104j/kg, nhiệthoá nước 23.105j/kg 17 a) Nếu dùng bếp dầu hoả có hiệu suất 80%, người ta phải đốt cháy hồn tồn lít dầu 2kg nước đá -100C biến thành Biết khối lượng riêng dầu hoả 800kg/m3 suất toả nhiệt dầu hoả 44.106j/kg Bài 21 Một khối sắt có khối lượng m1 , nhiệt dung riêng c1 nhiệt độ t1 = 100 c Một bình chứa nước, nước bình có khối lượng m2 , nhiệt dung riêng c2 , nhiệt độ đầu nước bình t = 20 c Thả khối sắt vào nước, nhiệt độ hệ thống cân nhiệt t = 250C Hỏi khối sắt có khối lượng m2 = 2m1 , nhiịet độ ban đầuvẫn 1000C thả khối sắt vào nước (khối lượng k m2 nhiệt độ ban đầu t = 20 c ) nhệt độ t’ hệ thống cân bao nhiêu? Giải toán trường hợp sau: a) Bỏ qua hấp thụ nhiệt bình chứa nước mơi trường xung quanh b) Bình chứa nước có khối lượng m3 , nhiệt dung riêng c3 Bỏ qua hấp thụ nhiệt mơi trường (Tích đề thi vào lớp 10 chun lý TPHCM vòng năm 2005 ) BÀI TỐN ĐỒ THỊ Bài tốn: Hai lít nước đun bình đun nước có cơng suất 500W Một phần nhiệt tỏa môi trường xung quanh Sự phụ thuộc công suất tỏa môi trường theo thời gian đun biểu diễn đồ thị hình vẽ Nhiệt độ ban đầu nước 200c Sau nước bình có nhiệt độ 300c Cho nhiệt dung riêng nước c = 4200J/kg.K Giải: Gọi đồ thị biểu diễn công suất tỏa môi trường P = a + bt + Khi t = P = 100 + Khi t = 200 P = 200 + Khi t = 400 p = 300 Từ ta tìm P = 100 + 0,5t Gọi thời gian để nước tăng nhiệt độ từ 200c đến 300c T nhiệt lượng trung bình tỏa thời gian là: Ptb = = = 100 + 0,25t Ta có phương trình cân nhiệt: 500T = 2.4200(30 - 20) + (100+0,25t)t Phương trình có nghiệm: T = 249 s T = 1351 s Ta chọn thời gian nhỏ T = 249s Kết thuđược: 18 Qua kết nghiên cứu giảng dạy nhận thấy : - Học sinh rèn phương pháp tự học, tự phát vấn đề, biết nhận dạng số tốn, nắm vững cách giải Kĩ trình bày toán khoa học, rõ ràng - Đa số em yêu thích học Vật lí, nhiều học sinh tích cực xây dựng - Học sinh có hứng thú để giải tập phần Nhiệt học nói riêng Vật lí nói chung Trước kết giảng dạy lớp đạt 80% đến 85% trung bình, sử dụng kinh nghiệm kết giảng dạy tăng lên từ 96% đến 98% trung bình Kết cụ thể : + Đối với đội tuyển học sinh giỏi trường THCS Ba đình: em đạt giải nhi, em đạt giải ba hai em đạt giải khuyến khích kỳ thi học sinh giỏi cấp thị xã + Kết khối sau ba lần thi khảo sát: Số lầnkiểm tra Lần Lần Lần Giỏi 15% 30% 38% Khá 35% 30% 40% C KẾT LUẬN Trên số suy nghĩ vấn đề phát triển tư học sinh qua việc rèn luyện kỹ “ giải tập phần nhiệt học môn vật lý ” Tuy nhiên, q trình thể hiện, nội dung chưa thật sâu sắc, số kỹ chưa đề cập tới kinh nghiệm thân hạn chế, viết khơng tránh khỏi khiếm khuyết Rất mong quan tâm thầy cô giáo hội đồng giám khảo bạn đồng nghiệp góp ý, bổ sungXác để nhận thân họcđơn hỏivịnhiều hồn thiện cơng tác thủđược trưởng Tôi xin cam đoan SKKN giảng dạy viết, khơng chép nội dung Tôi xin chân thành cảm ơn! người khác Bỉm sơn ngày tháng năm 2019 Người thực Trần Thanh Cao 19 20 ... Một số kỹ giải tập phần nhiệt học mơn vật lý ” Tính cần thiết đề tài Qua trực tiếp giảng dạy Vật lí tơi thấy nhiều em khơng thích học mơn Vật lí em cho tập Vật lí nói chung tập phần Nhiệt học. .. có phương pháp giải số em biết cách làm trình bày chưa chặt chẽ, chưa khoa học Vật lí chia làm hai phần : phần học phần nhiệt học Nhiệt học bốn phần kiến thức Vật Lí trang bị cho học sinh THCS... cho học sinh Trong lớp lớp em làm quen với tập định lượng phần Nhiệt học Vì em mà nói tập Vật lí Nhiệt học khơng khó song khơng rèn luyện thường xuyên dẫn đến việc định hướng giải tập Nhiệt học